Batterie de 20 super condensateurs 500 F => 10 000 Farads...pb d'ESR.

[jacounet86]

Bonjour.

J'ai une batterie de 20 super condensateurs 500 Farads/2.7 V montés en //.=> soit 10 000 Farads ( E=31 k Joules théoriques ) .

Chaque super condensateur a un ESR mesuré par mes soins de 6 à 8 milli Ohms , l'ensemble de ces 20 super condensateurs devrait donc avoir un ESR proche de 7/20= 0.35 milli Ohms .
Or avec un commutateur électronique 11 000 Ampères max commutable ( 100 MOSFET en // de 110 A r DS"on"= 60 µ Ohms ) ) , j'ai calculé un ESR de 2.5 m Ohms , ...certes sous 700 Ampères efficaces en sortie ( mesure à la spire de Rogovski ), mais avec 1 Volt en sortie .. pointes à souder .Je commande mes gates de MOSFET sous 15 Volts 50 Hz en signal carré .
Mon projet .
Pour moi , il s'agit de faire une soudeuse par points par décharge de condensateur , pour tôles aluminium de 2x2 mm d'épaisseur sous 1 mm carré de section => 800 µ Ohms environ de charge soudure.=> énergie envisagée 2 à 3 kJoules ( 3000 A efficaces sous 1 V efficace) ...mais réalisée 0.7 kJoules .
Ma question:
Quelqu'un a t-il des infos sur la différence entre l'ESR sous 100 A,et l'ESR à 1900 A...en se référent à l' exemple du super condensateur BCAP 3000 de chez Maxwell....super condensateur de 3000 Farads sous 2.7 V avec un ESR donné à 280µ Ohms sous 100 A.
Maxwell se garde bien de donner l'ESR pour le "absolute maximum curent " donné pour 1900 Ampères dans leurs data sheet pour ce super condensateur.

Merci de vos lumières , ou retour d'expérience en la matière .
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[penthode]

y va y'avoir des morts...

[jacounet86]

Salut.

Désolé.
Y-a pas eu et y-aura pas .
A+.
Jac

[gienas]

Bonjour jacounet86 et tout le groupe

... il s'agit de faire une soudeuse par points par décharge de condensateur , pour tôles aluminium de 2x2 mm d'épaisseur sous 1 mm carré de section ...

Ce type de problématique n'est pas du ressort de l'électronique comme indiqué dans l'épinglé suivant:

http://forums.futura-sciences.com/el...de-poster.html

qu'il convient de lire avant de poster sa question.

La discussion va donc être déplacée vers le forum le plus adapté.

Avant de se poser la moindre question, il faudrait s'assurer de ce que ton idée fonctionne. Sur l'aluminium, j'ai de très sérieux doutes.

Les spécialistes vont nous expliquer.

[A voir en vidéo sur Futura]

[jacounet86]

Salut.
Le projet est déjà avancé...alim 180A/ 2.7 V , commutateur électronique 11 k A , minuterie sérielle sous Arduino nano , driver de MOSFET 20 Ampères , ...
J'arrive à souder de la tôle acier de 2x0.7 mm ( exemple lame de scie à métaux ) ...avec ce matériel prototype ....résistance soudure de 3200 µ Ohms environ .
Mais avec une charge soudure de 800 µ Ohms , l'ESR semble me jouer des tours .
A noter que mes super condensateurs chauffent très peu 35°C et 40° C max après une décharge complète sur des tôles 2x2 mm....sous 50Hz de commande .
On est théoriquement à 700/20= 35 Ampères max par super condensateurs .

Donc une réponse éclairée est la bienvenue .

A+.

Jac .

[jacounet86]

Salut Génias.

Un super condensateur pas du ressort de l'électronique ...?
Ah bon .

Oui l'aluminium est difficile à souder (très ductile et très malléable ) à la soudeuse par point classique , mais j'y arrive avec des pointes spéciales et une tempo de 0.17 seconde , avec 3000 ampères efficaces et 1.2 Volts efficaces mesurés aux pointes .
D'où souder avec des pointes de 3000 voir 4000 A pendant de courts instants avec des super condensateurs , avec un commutateur à 100 MOSFET en //qui marche ...merci .

Le problème de l'ESR qui est un problème électronique , sous fort courant reste entier .

Pour un BCAP0650,un super condensateur de 650 Farads chez Maxwell le "test current for Capacitance and ESR"est de 65Ampères .

Mes capas sont des 500 Farad de chez "GreenCap" ...un fabricant chinois ....donc on devrait tenir 50 Ampères par capas ...ce qui n'est pas le cas ....même si je n'ai que 35 Ampères théoriques par capa ...700 Ampères mesurés à ma spire de Rogovski..
Bon Maxwell fabrique en Chine aussi n'en doutez pas .

J'ai déjà commandé un super condensateur 2.85V/3400 Farads 280 µ Ohms d'ESR à 100 Ampères de décharge ;et 1900 Ampères max toléré.
Merci , pour celui qui pourra éclaircir le pb .
Sinon comme d"hab , le "tout seul ...isme " me suffira ....
A+.

Jac

[Jean4259]

Question de simple curiosité: pourquoi une commande des gates en 50 Hz et non pas en courant continu ?

[jacounet86]

Salut.

J'ai essayé de 1 Hz jusqu'à 1 kHz ....pour voir si je n'avais pas d'oscillations parasites avec ce proto N° 2 ...=> et c'est OK .

C'était juste pour tester cette possibilité d'oscillation parasite que j'avais avec mon proto N°1 qui devait travailler sous 100 Volts , mais qui oscillait sous une commande gate 15 V carré de 1 Hz à 1 kHz dès 20 Volts d'alimentation .
Mais cette oscillation parasite était due à l'ESR élevé des capas 100V/130 000 µF ( plus de 80 milli Ohms ) ....à mon avis.
Ici sous quelques 3.5 milli Ohms de résistance interne du générateur ( ESR+ r ds"on"+ R charge soudure )...il y avait peu de chance que ça oscille .
C'est vérifié ....pas d'oscillations
J'ai prévu effectivement de tester en continu en mettant les gates sous 15 V continu ....pour connaître la tension continue de sortie .
Ca ne changera rien au problème de l'ESR trop élevé en commande sous signal carré.
En test sous continu sur les gates , la tension de sortie devrait être de 1.5 Volts continus avec une charge totale de 3.5 milli Ohms .( j'ai 0.75 Volts efficaces 50 Hz ) sur les pointes de la soudeuse.
Pour bien faire on devrait presqu'avoir 2.3 à 2.4 Volts pointe à la soudure si l'ESR se cantonnait à 350 µ Ohms ...sous quasiment 3000 Ampères pic .
Voilà de toute façon j'éclaircirais ce problème dès que je recevrais ma 3400F/2.85 Volts sous 280µ Ohms d'ESR .

Mais si quelqu'un du forum avait déjà prospecté dans cette direction , cela m'eut été bien utile
A+.

jac

[Jean4259]

Voir cette archive de 1954:http://www.ina.fr/video/VDD09016214

[jacounet86]

Salut.

Oui je connais ce film noir et blanc de l'INA de 1954 ;décrivant les soudeuses par points ( énormes ) des années 50 du plan Marshal.
Le fonctionnement est expliqué , la décharge d'une capa dans un primaire et sortie sur un secondaire de très forte section pour encaisser les 2 à 20 k Ampères .
J'ai simulé sous Spice de Protéus une telle machine , il faut un transfo dont le primaire est accordé avec la capa pour envoyer des pseudos périodes ( 3 à 4 périodes valables ) proches du 50 Hz , et donc des enroulements primaires à entrées différentes et des capas différentes pour accorder l'ensemble car les pseudos périodes ont leur fréquence qui varie avec la charge soudure .

En aéronautique ils utilisent des soudeuses par point avec des générateurs de puissance de 10 à 100 kWatts avec une fréquence de 10 kHz , avec les transfos ferrite qui vont bien ...ensuite un programme bien établi de périodes "on" de 100 µs et de périodes "off" sont envoyées via un thyristor rapide de 1500 à 3000 Ampères sur le primaire ...un secondaire de très forte section, on est dans du supérieur à 500 mm carré cuivre ( barre de 50x10 mm minimum ) envoi le courant dans les pointes.

Les chinois d'Ali viennent de sortir ces derniers jours , des modules performant 8000 à 28 000 Ampères à transistors MOSFET en //.
Bémol de ces modules , les sorties cuivre sont en 20x3 mm = 60 mm carré ...c'est un peu riquiqui pour commuter 3000 Ampères...il faudrait au moins 200 mm carré 50x4 mm.

A+.

Jac

A+

[jacounet86]

Salut à tous .
Je reviens sur ma soudeuse à super condensateurs .
Elle est quasi opérationnelle après 6 ans de taff dessus , ( 3 protos construits ) ...enfin elle soude des tôles alu de 2 x 2 mm .
J'ai soudé sous 2.7 V alim condo et 3000 A efficaces mesurés à la spire de Rogowski...avec mon proto "2 +" ....batterie de 12 super condensateurs 3000 Farads /2.85 V en // commuté par mon commutateur 11 000 A , à 100 MOSFET en //....des dizaines de tôles 2x 2mm d'épaisseur .
J'ai 1.2714 Volts efficaces sous 2836 A efficaces en sortie de commutateur , et à cause d'un câble trop juste en section ( 75 brins de 2.5 mm² = 187.5 mm² sur 40 cm de long ) , je n'ai plus que 599 milliVolts sous 2836 A à la soudure ==> rendement de 40 % ....1600 Watts à la soudure ...énergie à calculer( pas encore calculée ) avec la durée des T"on" de mon programmateur , après 2 à 3 passages /répétition de ce programme .
Ca soude bien l'alu avec la programmation .
J'ai cependant un MOSFET qui claque de temps en temps ( 2 déjà en 1 an ) .
J'ai quasiment 6000 Ampères pic ( presque 3000 Ampères efficaces commandés en 50 à 150 Hz en carré ) , soit 60 A pic en moyenne par MOSFET loin des 110 Ampères continuels du data sheet ( IRFP 3711) .
Je suppose un mouton noir parmi les 100 , ou plutôt un super balaise qui s'avalerait plus de courant que les autres .
Qu'en pensez-vous ...?
Je ne pense pas que commuter 2.75 Volts de ma charge max de super condos , sous 12 Volts de commande gate ( j'avais 15 Volts gate avant ) , me mette la zone .
Qu'en pensez-vous ...?

A+.
Jacques

[Antoane]

Bonjour,

>60 A pic en moyenne par MOSFET loin des 110 Ampères continuels du data sheet ( IRFP 3711) .
Ces 110 A sont une limitation thermique. En impulsionnel, cette grandeur n'a pas d'intérêt : le composant n'a pas le temps de s'échauffer. On fait sans trop de problème circuler 420 A dans un MOSFET spécifié pour 81 A... si ca ne dure pas trop longtemps (~1-3 us).

Le problème provient à mon avis d'un problème d'équilibrage dynamique des courants. Comment (quel mode de défaillance) les MOSFET meurent-ils ? explosion, court-circuit, etc.?

[jacounet86]

Salut .
La panne : j'ai une gate qui est avec une impédance/résitance entre masse et gate qui est très basse 2 Ohms , contre plusieurs Mégohms normalement .
Mes gates sont commandées par paquet de 12 et 13 en ligne , avec chacune une résistance gate de 470 Ohms ( avec Cin gate de 1.2nF ) , afin d'éviter une conduction trop brusque pour ne pas aller vers un dI/dt supérieur à 100 A/µs ...et un rappel en bout de ligne par deux résistance 10 k Ohms vers la masse ...soit 625 Ohms pour les 100 Gates sur 8 lignes .
J'ai déjà changé un MOSFET ...un deuxième a claqué .
Je ne pense pas qu'il y est un champ , même s'il est intense sous 3000 A , qui puisse perturber une impédance/ résistance d'entrée gate baissée à 625 Ohms ...à voir, je peux toujours baisser à 100 Ohms .
C'est toujours dépannable , en testant les gates , mais c'est long ......
A+.
Jacques .

[jiherve]

bonsoir,
manifestement les gates sont claquées donc elles ont vu plus des 20v max!
Avec un courant de 3000A impulsionnel le champ EM rayonné doit être costaud , n'importe quel bout de fil verra s"y développer un courant induit.
JR

[jacounet86]

Salut.
Je vais mettre une résistance 50 Ohms sur l'entrée BNC de commande des gates et mettre des fils blindés arrivant sur les lignes ...et deux zeners 15 V tête bêche sur la résistance 50 Ohms entrée BNC .

De toute façon j'ai en réserve un deuxième commutateur ( 8 circuits Ali express .de 5 MOSFET en //... ..plus compact que mes 4 fois 25 MOSFET )
Avec 40 MOSFET 320A continuels en // , celà fait 12 800 A continuels ...et les mêmes protections voir des zeners rapides et puissantes type transil ou tranzorb en entrée gate ..
A+.
Jacques .

[jacounet86]

Salut à tous .

J'ai oublié de vous dire que je suis passé sur des super condensateurs 3400F/2.85 V , comme je l'avais annoncé post du 18-04-2021 , avec 12 en // ( bientôt 14 ==> 2 en livraison via Ali express) .
De telle sorte que je suis à 4359 Ampères efficaces , sous 0.4128 V efficaces ==>1814 Watts vrais,réels,moyens...et non efficaces ( merci Antoane pour la mise à jour de mes connaissances ).
Je soude des tôles 2 fois 2 mm en aluminium ...tenue de 25 kgs sans rupture sur une soudure.
Je vais passer sous mon commutateur 40 MOSFET 320 A ( 1200A impulsionnel par MOSFET mais 1à 5 µs ) ...soit 12 800 A efficaces max continuels l'ensemble en //.
J'y suis obligé , ayant grillé une colonne de 25 MOSFET IRF 3711S ...sur mon commutateur 100 MOSFET en // .
Cause :
j'ai été trop gourmand , ayant programmé mon Arduino commandant mon driver commandant mes MOSFET, sous 150,250, 350, 450 ,550, 650 ms .<==absurdité de ma part.
Evidemment à la 3 ème impulsion , ça a cramé 25 MOSFET , les 75 autre sont restés fonctionnels .
Je vous tiens au courant de mes travaux , sinon aller sur "usinages.com " à soudure par point à décharge de condensateurs .
J'ai suivi les progrès des MOSFET SiC , mais ces derniers sont bon sous 1200V avec un r DS"on" 50 fois trop élevé pour 2.8 V d'alim caps (20 m Ohms SiC contre 0.4 m Ohms Si) ,..ils sont utilisés pour les voitures électriques , chargeurs des batteries , et générateurs triphasés des moteurs synchrones .
A+.
Jac .

[Antoane]

Bonjour,

Le SiC n'est sur aucune "roadmap" en très basse tension, son dommaine commence autour de 650-900 V, voir 1.2 kV.
En très basse tension, le Si fait très bien et devrait rester en place (partiellement remplacé par le GaN, mais celui-ci reste plus cher et est significativement plus difficile à utiliser).

Suivant la proportion de l'énegie que tu prends des SC lors d'une opération de soudure, il peut aussi être intéressant d'utiliser un circuit résonnant.

Note que c'est l'ènergie, avec / plus que la puissance qui charactérise la soudure.

[jacounet86]

Salut Antoane.
Le SiC aussi reste très cher, exemple sur Ali express ( prix au ras des pâquerettes par rapport à l'Europe )...on trouve le MOS SiC "C M00401 20 " qui est un 60A/1200 V , 40 milli Ohms de rDS"on" avec un di/dt de 1000 A/µs...les fondeurs annonçaient 4000A possibles ( 100A pou le Si) ==>56.93€ ...les 10 port compris pour le vendeur au prix le plus bas .
Donc inserviables sous 2.7/2.8 Volts , à cause du r DS "on" 100 fois plus élevé que mes MOSFET dits optiMOS à 0.4 milli Ohms . ...et vu le prix .

-J'ai vu sur le net qu'il existait des soudeuses ou proto ou déjà opérationnelles dans l'aéronautique , pour alu qui utilisaient un générateur "maousse costaud" de 10 à 100 kW sous 10 à 100 kHz , et qui donc pouvaient par programmation doser progressivement ( ce que je fais aussi en largeur des T "on" et "off" ) eux par le nombre de périodes conductrices à envoyer sur un transfo ferrite HF à 10/20 spires au primaire comme les MIG/TIG/plasma , et une seule , balaise grosse comme un bras ( 2000 mm² ) au secondaire .
On voit de suite la difficulté de fabriquer un tel générateur ...aussi puissant à une telle fréquence ...on est sur de l'amplification HF ...sachant que ça doit être en signal carré .

-J'ai opté pour plus simple n'ayant pas des kilo € à mettre dans le projet .
J'ai déjà des résultats , ça se soude .
Oui bien sûr c'est l'énergie soudure qui compte .
Mais ici sur l'alu faut faire gaffe quand on arrive à la fusion , ça gicle partout ...donc faut une phase pré chauffage ou on monte juste avant la fusion , la résistance rho=L/S augmentant presque de 4 fois par rapport à froid , une période brasage, puis soudage ...en jouant sur la durée des temps "on" et "off" .
D'après essais il faut néanmoins au moins 1.5 kWatts de puissance à la soudure , pour souder des tôles alu de 2x2 mm , et faire durer au moins 4 secondes sous 50Hz carré ( signal d'essais ) ...soit soit 3 k Joules avec un signal carré 50% "on" et "off" ...en dessous on chauffe l'alu sans le souder .
Maintenant mes calculs sont à 10% près , n'ayant pas le top des appareils de mesure .( spire de Rogowski , multimètre 22 000 points ).
J'ai mesuré une résistance soudure de 100 µ Ohms moyen à la soudure ( sur 20 points de mesures toutes les 0.5 s ) , sur des tôles alu 2x2 mm avec des tétons pointe de 4 mm de diamètre ( les pointes faisant 20 mm de diamètre ==>314 mm² ) ...ce qui est proche du calcul qui donne 88 µOhms .

Affaire à suivre dès que je pourrais retourner à l'atelier ...car -3 °C à 10 h.


Jac